[發明專利]一種空心氣冷渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統

有效

• 申請號: 201110460131.4
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102539135A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王榮橋;荊甫雷;侯貴倉;胡殿印;樊江;申秀麗
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及航空發動機渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，特別是涉及一種空心氣冷渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，它是一種能夠模擬渦輪葉片考核截面應力場、溫度場以及載荷譜的試驗裝置，屬于航空航天發動機技術領域。

(二)背景技術

燃氣渦輪葉片的熱機械疲勞(TMF)故障是航空發動機服役期間最主要的失效類型之一，是影響發動機渦輪葉片使用壽命的主要因素。目前，對于鎳基單晶高溫合金的熱機械疲勞試驗大多基于標準試件和葉片近似試件。而實際的渦輪轉子葉片在工作過程中要承受離心力、氣動力等載荷，產生拉伸、扭轉、彎曲變形，為多軸應力狀態；對于帶有內腔的渦輪葉片，在加熱/冷卻過程中，氣膜冷卻孔邊和擾流柱倒角等部位會產生較大的溫度梯度，造成顯著的應力集中，可能導致裂紋的萌生。上述特征是標準試件和葉片近似試件所難以模擬的。并且對于單晶材料，工藝過程和取樣的細微差異，會造成力學性能的不同。因此，進行真實渦輪葉片的熱機械疲勞試驗對于渦輪葉片在設計中的定壽研究、葉片故障的分析和預防有重要意義。

俄羅斯Central?Institute?of?Aviation?Motors(CIAM)研制出的渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統要求使用能夠提供拉伸和扭轉載荷的疲勞試驗機，而目前一般的疲勞試驗機只能提供單軸的拉伸載荷；該試驗系統不包括氣冷子系統，無法模擬空心渦輪葉片的冷卻過程。沈陽發動機設計研究所研制的A714D氣冷渦輪葉片熱/機械復合疲勞試驗器采用尼龍拉伸帶將機械載荷傳遞到葉片上，并通過改變尼龍帶與葉片的夾角來調整渦輪葉片的應力分布；但是尼龍耐磨、耐高溫、抗拉強度均差于鋼，而熱機械疲勞試驗裝置的環境溫度較高、承受的機械載荷較大，長期試驗會引起尼龍的磨損、老化、伸長等問題，導致該試驗器的載荷譜控制精度較低。

(三)發明內容

(1)發明目的

本發明提供了一種空心氣冷渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，它克服了現有技術的不足，較好的解決了空心氣冷渦輪葉片考核截面工作應力場、溫度場以及載荷譜模擬的難點，確保了航空發動機渦輪葉片熱機械疲勞試驗的順利進行，為航空發動機安全可靠的工作提供了技術基礎和安全保障。

(2)技術方案

本發明一種空心氣冷渦輪葉片熱機械疲勞試驗系統，主要包括5個子系統：加載子系統、加溫子系統、氣冷子系統、水冷子系統和控制子系統，它們之間的位置連接關系是：加載子系統在豎直方向上夾持渦輪葉片；加溫子系統水平放置于加載子系統中部，對渦輪葉片進行加熱；氣冷子系統水平放置，通過管道與加載子系統相連；水冷子系統水平放置，通過管道與加載子系統和加溫子系統相連；控制子系統放置于加溫子系統上部，通過線纜與加載子系統、加溫子系統和氣冷子系統相連。本發明能用于空心氣冷渦輪葉片考核截面工作應力場、溫度場以及載荷譜的模擬。